基于机电液耦合器的液压冷却系统设计研究

朱学彪，宋文韬，郭子卿

（武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉 430081）

汽车领域层面，液压系统得到了较好的应用，存在自身独有的特点，具体优势为：首先，可以产生强烈的驱动力，在控制上相对简单，能够达成远程精准调控的效果。其次，可以在相当宽泛的区间里达成无级调速。再次，可以高效避免过载，保障设施作业时的可靠性。最后，在部件方面存在着重量轻的特点，并且外形尺寸小，展开安装作业时位置能够实现自由布置。在机电液耦合器层面，其液压能转化系统，可以实现对其他两种能量进行转化，最终成为液压能，由此给冷却系统支持足够的驱动力。将液压油当成对应的冷却介质，流经耦合器冷却油道，表现出冷却效率高且速度高的特点，避免了别的冷却介质的干扰。在液压能转化系统方面，实现液压和冷却回路的高效连接，能够防止液压回路出现冗余的情况，整个液压系统更加简洁有效，达成对应的功能。

1 机电液耦合器液压冷却系统介绍

以该系统功能而言，关键所在为驱动装置，由主机电液耦合器构成，从而达成相应的冷却液循环，并展开电磁阀调节，以促成对应工况的回路匹配，在该系统层面主要的功能表现为快速热机、辅助车辆启动、制动等。在额定转速方面，对应的数据为1400r/min，而在额定功率方面则是为18kW。图1为机电液耦合器冷却系统液压原理图。

图1 机电液耦合器冷却系统液压原理图

2 冷却系统仿真模型建立

2.1 模型建立的前提条件

为促使运算速度得以提升，展开系统的简化作业，构建冷却系统模型时应该满足下列情况。

（1）在环境温度方面，应该处于25℃状态下，且能够保持自然无风。

（2）对应的换热经过表现为两个方面：一是机电液耦合器产热；二是冷却器散热。

（3）为促使仿真适用性得以提升，未展开内部机构建模作业，借助电机、变量泵等进行代替，由此达成功能的实现，这会给热损耗功率带来相应的补偿。

2.2 液压冷却系统建模

展开相应的建模时，必须详细地阅读参考元件手册，研究系统的对应参数，且进行积极的联系应用，积极了解不同元件的参数以及特性，科学构建模型参数，由此实现冷却系统液压回路仿真模型的构建，具体为图2。

图2 AMESim液压冷却系统仿真模型

2.3 冷却系统模型简介和参数设置

展开冷却系仿真，由此分析不同工况下的运行冷却情况。展开相应的仿真作业时，应该借助双向变量泵、双向变量马达和发动机换热模型模拟机电液耦合器不同工况的运行情况，为确保数据的精准有效，仿真时必须从工况实际出发，由此实现对热力学模型热压元件的接口顺序及参数值的有效调整，而借助仿真工作能够获得液压回路里不同的压力流量数据，由此实现对方案的评估研判。在进行换热计算时，主要借助流换热系数等展开的，通过AMESim平台，展开对所构建系统的等效模拟，达成对别的热交换经过高效仿真。为了保障所构建系统的安全裕度，在系统损耗方面，对应的值是耦合器功率的1/10。

3 仿真结果分析

3.1 散热器和冷却风扇对系统稳态温度的影响

如果散热器不再进行运转作业，系统温度则呈现持续提升的态势，这是因为冷却液方面的因素所致，其在经过冷却油道时，冷却液会与耦合器展开换热，耦合器热量会被低温冷却液所吸收，然而这时候散热器呈现关闭装填，致使液压油热量无法在第一时间进行耗散，因此发生持续温升的情况。仿真开始环节，由于低压蓄能器中存在一定的常温油，因此，在冷却油道入口处，对应的油温未实现急速提升；而在冷却油道出口处，对应的温度亦会由此出现小幅度的温升，接着则是变缓；当低压蓄能器中的常温油排空，这种状况下会使得冷却油道入口温度随之增加，而在出口温度上亦会提升，应为管道和空气存在着一定的对流，这会使得一些热量借由管道进行散发，由此相对于冷却油道出口冷却油的温度情况，低压蓄能器回油温度表现得更低。

3.2 流量对冷却系统稳态温度的影响

以机电液耦合器来看，发生斜盘倾角的状况，亦或存在主回路溢流阀开启压力改变的情况，便会造成主油路受到影响，相应的压力亦会由此发生变化，在对液耦合器冷却油道内液压油的流速带来影响的同时，亦会对液压油速度产生作用，这也就意味着会对热交换效率造成相应的影响；而在主油路层面，亦会存在着压力以及流量的改变，这对系统需求功率会产生对应的影响，造成系统出现无谓的能量损耗，由此使得耦合器效率发生相应的减弱。

3.3 系统特性模拟及稳态温度分析

（1）启动工况。车辆启动时，以机电液耦合器来看，其会处在马达工况，在高压蓄能器方面，主要发挥辅助动力源的功能，由此通过液压能的作用，实现对液耦合器的有效驱动。如果节流阀开度发生变化的话，那么高压蓄能器便会由此被影响，主要表现在排出流量等方面，这样在车辆启动的时候，能够达成对扭矩的调节。通过此次仿真可以发现，工况启动状态下，不存在电功率损耗。该环节，在冷却系统方面，并未运转，处于正常行驶工况状态，高压蓄能器则是表现为断开状态。

（2）行驶工况。处于正常行驶下，机电液耦合器会表现为电机、泵联合工况。该环节，电能出现变化，主要表现为液压能。此时的系统，则是会存在电功率损耗的情况，并且会升高。回油温度上，假如比设定值更大，那么换向阀会随之导通，促使冷却系统进行作业。能够发现系统负载提升的话，热平衡温度亦会随之增加。因为车辆行驶时，相应的负载会出现提升，这会造成功率需求的加大。

（3）高速工况。在汽车高速行驶状态下，相应的需求功率会比平时表现的更高，此时使机电液耦合器处于电动机状态得最佳效率区间，剩余部分的需求功率通过高压蓄能器提供，高压蓄能器作为辅助动力源向系统主油路供油，增加回路流量，提高耦合器转速，实现液压能到机械能的转变，以此来补充电功率的缺口。高压蓄能器的使用一方面使得液压能得到合理利用，另一方面，也提高了耦合器电动机工况下的效率。

4 结语

本文通过AMESim仿真平台的有效使用，构建出机电液耦合器液压冷却系统仿真模型，由此探析系统散热的相关情况。而以实际效果可以发现，冷却风扇的转速、冷却液的流量、负载的大小以及行驶状态的不同对系统温度的作用相当显著，本文据此给出了相关的参数选取建议。